EP1711765A1 - Procede et installationde de separation d'air par distillation cryogenique - Google Patents

Procede et installationde de separation d'air par distillation cryogenique

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EP1711765A1
EP1711765A1 EP05717658A EP05717658A EP1711765A1 EP 1711765 A1 EP1711765 A1 EP 1711765A1 EP 05717658 A EP05717658 A EP 05717658A EP 05717658 A EP05717658 A EP 05717658A EP 1711765 A1 EP1711765 A1 EP 1711765A1
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EP
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air
column
turbines
pressure
exchange line
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EP05717658A
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EP1711765B1 (fr
EP1711765B8 (fr
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Patrick Le Bot
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LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
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Air Liquide SA
LAir Liquide SA a Directoire et Conseil de Surveillance pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
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    • F25J2200/04—Processes or apparatus using separation by rectification in a dual pressure main column system
    • F25J2200/06—Processes or apparatus using separation by rectification in a dual pressure main column system in a classical double column flow-sheet, i.e. with thermal coupling by a main reboiler-condenser in the bottom of low pressure respectively top of high pressure column
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    • F25J2240/10—Expansion of a process fluid in a work-extracting turbine (i.e. isentropic expansion), e.g. of the feed stream the fluid being air

Definitions

  • the present invention relates to a method and an installation for air separation by cryogenic distillation. It is known to produce a gas of pressurized air by vaporization of pressurized liquid in an exchange line of an air separation apparatus by heat exchange with a compressed gas from a cryogenic temperature. Devices of this type are known from FR-A-2688052, EP-A-0644388, EP-A-1014020 and patent application FR0301722. The energy efficiency of known devices is not> exceilente because it is necessary to evacuate the thermal inputs related to cryogenic compression. In addition, for schemes such as that in Figure 7 of US-A-
  • the entire turbine coupled to the cold booster is associated with a system of energy dissipation (oil brake), integrated on the axis of the machines and technologically limited to small powers (of the order of 70
  • An object of the invention is to provide an alternative that allows for cold booster method diagrams without energy dissipation system integrated into the turbine blower axis, and therefore to consider using this scheme for almost near all sizes of air separation units.
  • a process for separating air by cryogenic distillation in an installation comprising a double or triple air separation column, whose column operating at the highest pressure operates at a so-called medium pressure pressure.
  • the installation comprises, in addition to the double or triple column, a mixing column and air coming from at least one of the turbines is sent to the mixing column the air sent to at least one of the turbines upstream of the mixing column comes from the su ⁇ resseur other than the cold booster and leaves this booster at a pressure higher than the high pressure.
  • the air from at least one of the turbines is sent to the tank of the mixing column to participate in the exchange of material.
  • air at high pressure is sent to a bottom reboiler of the mixing column where it condenses at least partially before being sent to the double or triple column.
  • a cryogenic distillation air separation plant comprising: a) a double or triple air separation column, whose column operating at the highest pressure operates at a temperature of pressure called medium pressure, b) an exchange line, c) means for bringing all the air to a higher pressure than the average pressure, and means for purifying it, possibly at this high pressure, d) means for sending a part of the purified air flow into the exchange line to cool it and means for dividing the cooled air into two fractions, e) two turbines and means for sending a fraction of air to each turbine f) means for sending at least a portion of the expanded air into at least one of the turbines to the medium pressure column of the double or triple column, g) a cold booster, means for supplying air, preference drawn at an intermedia point the main exchange line to the cold booster and means for supplying safe air into the cold booster in the main exchange line at an intermediate point upstream of the draw-off point, (h) means for pressurizing at least one liquid from one
  • the installation comprises - a mixing column and means for sending air to the mixing column from at least one of the turbines, - means for sending a part of the compressed air in the su ⁇ ressor constituting the energy dissipation means or forming part thereof at least one expansion turbine upstream of the mixing column; means for sending air from at least one of the turbines into the mixing column to participate in the exchange of material.
  • a complementary turbine will be used, operating in parallel with the turbine of the first turbine unit su ⁇ resseur, and equipped with its own system of dissipation of energy.
  • this system will be a booster followed by a water cooler installed in the hot part.
  • “Close in terms of pressure” means that the pressures differ by not more than 5 bar, preferably not more than 2 bar.
  • “Close in terms of temperature” means that the temperatures differ by not more than 15 ° C, preferably not more than 10 ° C.
  • a booster is a single stage compressor All pressures mentioned are absolute pressures.
  • the term “condensation” includes “pseudo condensation.”
  • vaporization includes pseudo vaporization, which is distinguished from US-A-5,475,980 in that
  • Figure 4 (optional turbine 9), the two turbines 8, 32 aspire at very different pressures, the difference being at least 14 bar and in Figure 5, the pressure difference is about 13 bar and a turbine escapes at low pressure, which is penalizing for pure oxygen.
  • - Figures 1 and 2 show an air separation apparatus according to the invention.
  • a flow of air at atmospheric pressure is compressed to about 15 bar in a main compressor (not shown).
  • the air is then optionally cooled, before being purified to remove impurities (not shown).
  • the clean air is divided in two.
  • Part of the air 3 is sent to a booster 5 where it is compressed to a pressure of between 17 and 20 bars and then the air is cooled by a condenser water 7 before being sent at the hot end of the main exchange line 9 of the air separation apparatus.
  • the pressurized air 11 cools to an intermediate temperature before exiting the exchange line and being divided into two fractions. It is obviously possible for a fraction of the flow 11 to continue cooling down to the cold end of the exchange line 9 from which it will exit liquefied.
  • a fraction 13 is sent into a turbine 17 and the remainder, a fraction 15 is sent into a turbine 19.
  • the two turbines have the same temperature and suction pressure and the same temperature and outlet pressure but it is obviously possible that these temperatures and pressure are close to each other instead of being identical.
  • the two turbine flows are mixed to form an air flow 21 of which a portion 121 is sent to the double column and the remainder 122 to the mixing column 300.
  • the flow 1_! 2 constitutes a part of the flow 21 or possibly a fraction the gaseous part of the flow 21 in the case where it is two-phase. It is obviously possible to send all the flow 21 to the medium pressure column 100 and to leave a gaseous part 122 for sending to the mixing column, the medium pressure column replacing in this case the phase separator.
  • the pressures of the medium pressure column and the mixing column may be different.
  • the turbine 19 may be an insufflation turbine opening to the pressure of the low pressure column.
  • Another part 2 of the air at 15 bars constituting the rest of the air is cooled in the exchange line at an intermediate temperature higher than the suction temperature of the turbines 17, 19, compressed in a second booster 23 until at about 30 bar and reintroduced into the exchange line 9 at a higher temperature to continue cooling.
  • the air 37 to 30 bar approximately liquefies in the exchange line and the liquid oxygen vaporizes in the exchange line, the temperature of vaporization of the liquid being close to the suction temperature of the second su ⁇ resseur 23.
  • the liquefied air leaves the exchange line and is sent to the column system.
  • a flow of residual nitrogen 27 is heated in the exchange line 9.
  • the first supressor 5 is coupled with one of the turbines 17, 19 and the second booster 23 is coupled with the other of the turbines 19, 17.
  • the column system of an air separation apparatus is constituted by a medium pressure column 100 thermally connected with a low pressure column 200 to a minaret, a mixing column 300 and an optional argon column (not shown).
  • the low pressure column does not necessarily have a minaret
  • the medium pressure column operates at a pressure of 5.5 bar but can operate at a higher pressure.
  • the air 121 coming from the two turbines 17, 19 is the flow rate delivered to the bottom of the medium pressure column 100.
  • the liquefied air 37 is expanded in the valve 39 or possibly in a turbine and sent to the column system. Rich liquid 51, lower lean liquid 53 and upper lean liquid 55 are sent from the pressure medium column 100 to the low pressure column 200 after expansion stages in valves and subcooling.
  • Liquid oxygen is pressurized by the pump 500 and sent as pressurized liquid 25 to the exchange line 9.
  • Nitrogen gas is optionally withdrawn from the medium pressure column and is also cooled in the exchange line 9.
  • Nitrogen 33 is withdrawn at the top of the low pressure column and warms in the exchange line, after have been used to sub-cool the reflux liquids.
  • Residual nitrogen 27 is withdrawn from a lower level of the low pressure column and heats up in the exchange line, after having been used to sub-cool the reflux liquids.
  • the column can optionally produce argon by treating a flow 51 withdrawn in low pressure column 200.
  • the flow 52 is the tank liquid returned from the argon column, if there is one.
  • the mixing column 300 is fed at the top with an oxygen rich liquid withdrawn at an intermediate level of the low pressure column 200 pressurized by the pump 600 and in the tank by a flow of gaseous air 122 from the turbines 17, 19.
  • the mixing column is essentially at medium pressure.
  • a flow of oxygen gas 37 is withdrawn at the top of the mixing column and then warms in the exchange line 9 and a liquid flow 41 is withdrawn in the tank and sent to the low pressure column after expansion in a valve. It is possible to withdraw an intermediate flow from the column 300 which is sent to the low pressure column.
  • a flow of air at atmospheric pressure is compressed to about 15 bar in a main compressor (not shown). The air is then optionally cooled, before being purified to remove impurities (not shown). The clean air is divided in two.
  • Part of the air 3 is sent to a booster 5 where it is compressed to a pressure of between 17 and 20 bars and then the air is cooled by a condenser water 7 before being sent at the hot end of the main exchange line 9 of the air separation apparatus.
  • the supercharged air 11 cools to an intermediate temperature before being divided into two fractions 103, 123.
  • the fraction 103 exits the exchange line and is divided again into two fractions.
  • a fraction 13 is sent into a turbine 17 and the remainder, a fraction 15 is sent into a turbine 19.
  • the two turbines have the same temperature and suction pressure and the same temperature and outlet pressure but it is obviously possible that these temperatures and pressure are close to each other instead of being identical.
  • the two turbine flows are mixed to form an air flow 21 of which a portion 121 is sent to the double column and the remainder 122 to the mixing column 300.
  • the turbine 19 may be an insufflation turbine opening up to the pressure of the low pressure column.
  • the fraction 123 continues to cool in the exchange line 9 and leaves it upstream of the cold end to be sent to the bottom reboiler 301 of the mixing column 300 where the fraction condenses at least partially to form the flow 125.
  • other part 2 of the air at 15 bars constituting the rest of the air is cooled in the exchange line at an intermediate temperature higher than the suction temperature of the turbines 17, 19, compressed in a second booster 23 until at about 30 bar and reintroduced into the exchange line 9 at a higher temperature to continue cooling.
  • the column system of an air separation apparatus is constituted by a medium pressure column 100 thermally connected with a low pressure column 200 to minaret, a mixing column 300 and an optional argon column (not shown).
  • the low pressure column does not necessarily have a minaret.
  • the medium pressure column operates at a pressure of 5.5 bar but can operate at a higher pressure.
  • the gaseous air 121 from the two turbines 17, 19 is the flow rate delivered to the bottom of the medium pressure column 100.
  • the liquefied air 37 is expanded in the valve 39 and sent at least to the medium pressure column 100.
  • 51, lower lean liquid 53 and upper lean liquid 55 are sent from the medium pressure column 100 to the low pressure column 200 after expansion stages in valves and subcooling.
  • Liquid oxygen is pressurized by the pump 500 and sent as pressurized liquid 25 to the exchange line 9. In addition or alternatively other liquids, pressurized or not, can vaporize in the exchange line.
  • Nitrogen gas is optionally withdrawn from the medium pressure column and is also cooled in the exchange line 9.
  • Nitrogen 33 is withdrawn at the top of the low pressure column and is heated in the exchange line, after have been used to sub-cool the reflux liquids.
  • Residual nitrogen 27 is withdrawn from a lower level of the low pressure column and heats up in the exchange line, after having been used to sub-cool the reflux liquids.
  • the column may optionally produce argon by treating a flow 51 withdrawn in low pressure column 200.
  • the mixing column 300 is fed only at the top by an oxygen rich liquid withdrawn at an intermediate level of the low pressure column 200 and pressurized in the pump 600. The mixing column operates essentially at medium pressure.
  • the mixing column 300 can operate at a pressure different from the average pressure. Possibly part of the rich liquid 51 can be sent to the bottom of the column 300. A flow of gaseous oxygen 37 is withdrawn at the top of the mixing column and is heated in the exchange line 9 and a liquid flow 41 is withdrawn. in tank and sent to the low pressure column after expansion in a valve.

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Abstract

Dans un procédé de séparation d'air par distillation cryogénique, tout l'air est porté à une haute pression plus supérieure à la moyenne pression et épuré, une partie du débit d'air épuré (11) est refroidie dans la ligne d'échange (9) et est ensuite divisée en deux fractions (13, 15), chaque fraction se détend dans une turbine (17, 19), la pression d'admission des deux turbines étant supérieure d'au moins 5 bars à la moyenne pression, la pression de refoulement d'au moins une des deux turbines est sensiblement égale à la moyenne pression, on envoie au moins une partie de l'air détendu dans au moins une des turbines à la colonne moyenne pression (100) d'une double ou triple colonne, un surpresseur froid (23) mécaniquement relié à une (19) des turbines de détente aspire de l'air, qui a subi un refroidissement dans la ligne d'échange principale, et refoule l'air à une température supérieure à la température d'admission, et le fluide ainsi comprimé est réintroduit dans la ligne d'échange principale dans laquelle au moins une partie du fluide se condense, au moins un liquide pressurisé (25) provenant d'une des colonnes (200) est vaporisé dans la ligne d'échange à une température de vaporisation et la turbine non couplée (17) au surpresseur froid est couplée à un surpresseur (5) suivi d'un réfrigérant.

Description

Procédé et installation de séparation d'air par distillation cryogénique
La présente invention est relative à un procédé et à une installation de séparation d'air par distillation cryogénique. II est connu de produire un gaz de l'air sous pression par vaporisation de liquide pressurisé dans une ligne d'échange d'un appareil de séparation d'air par échange de chaleur avec un gaz comprimé à partir d'une température cryogénique. Des appareils de ce type sont connus de FR-A-2688052, EP-A- 0644388, EP-A-1014020 et de la demande de brevet FR0301722. L'efficacité énergétique des appareils connus n'est pas>exceilente car il faut évacuer les entrées thermiques liées à la compression cryogénique. De plus, pour les schémas tels que celui de la Figure 7 de US-A-
5475980, l'ensemble de la turbine couplée au surpresseur froid est associé à un système de dissipation d'énergie (frein d'huile), intégré sur l'axe des machines et technologiquement limité à de petites puissances (de l'ordre de 70
KW). Néanmoins, ce type de procédé paraît avoir un intérêt économique, en particulier lorsque l'énergie est peu valorisée ou disponible à faible coût. Il est donc potentiellement intéressant de pouvoir s'affranchir dé la limite technologique du frein d'huile intégré à l'axe de l'ensemble turbine/booster. Un but de l'invention est de proposer une alternative qui permette de réaliser des schémas de procédé à surpresseur froid sans système de dissipation d'énergie intégré à l'axe turbine surpresseur, et donc d'envisager d'utiliser ce schéma pour à peu près toutes les tailles d'appareils de séparation d'air. Selon la présente invention, il est prévu un procédé de séparation d'air par distillation cryogénique dans une installation comprenant une double ou triple colonne de séparation d'air, dont la colonne opérant à la pression la plus élevée opère à une pression dite moyenne pression et une ligne d'échange dans lequel : a) tout l'air est porté à une haute pression, éventuellement supérieure d'au moins 5 bars à la moyenne pression, et épuré, éventuellement à cette haute pression, b) une partie du débit d'air épuré est refroidie dans la ligne d'échange et est ensuite divisée en deux fractions, c) chaque fraction se détend dans une turbine, d) la pression d'admission des deux turbines est (les pressions des deux turbines sont) supérieure(s) d'au moins 5 bars à la moyenne pression, e) la pression de refoulement d'au moins une des deux turbines est sensiblement égale à la moyenne pression, f) on envoie au moins une partie de l'air détendu dans au moins une des turbines à la colonne moyenne pression d'une double ou triple colonne, g) un suφresseur froid mécaniquement relié à une des turbines de détente aspire de l'air, qui a subi un refroidissement dans la ligne d'échange, et refoule l'air à une température supérieure à la température d'admission, et le fluide ainsi comprimé est réintroduit dans la ligne d'échange dans laquelle au moins une partie du fluide se (pseudo) condense, h) au moins un liquide pressurisé provenant d'une des colonnes est
(pseudo) vaporisé dans la ligne d'échange à une température de vaporisation et caractérisé en ce que i) la turbine non couplée au surpresseur froid est couplée à un suφresseur suivi d'un réfrigérant et éventuellement ii) la température d'aspiration du surpresseur froid est proche de la température de (pseudo) vaporisation du liquide. Selon d'autres aspects facultatifs de l'invention : - l'installation comprend, en plus de la double ou triple colonne, une colonne de mélange et de l'air provenant d'au moins une des turbines est envoyé à la colonne de mélange - l'air envoyé à au moins une des turbines en amont de la colonne de mélange provient du suφresseur autre que le surpresseur froid et sort de ce surpresseur à une pression supérieure à la haute pression. - l'air provenant d'au moins une des turbines est envoyé à la cuve de la colonne de mélange pour participer à l'échange de matière. - de l'air à la haute pression est envoyé à un rebouilleur de cuve de la colonne de mélange où il se condense au moins partiellement avant d'être envoyé à la double ou triple colonne. Selon un autre aspect de l'invention, il est prévu une installation de séparation d'air par distillation cryogénique comprenant : a) une double ou triple colonne de séparation d'air, dont la colonne opérant à la pression la plus élevée opère à une pression dite moyenne pression, b) une ligne d'échange, c) des moyens pour porter tout l'air à une haute pression plus élevée que la moyenne pression, et des moyens pour l'épurer, éventuellement à cette haute pression, d) des moyens pour envoyer une partie du débit d'air épuré dans la ligne d'échange pour le refroidir et des moyens pour diviser cet air refroidi en deux fractions, e) deux turbines et des moyens pour envoyer une fraction d'air à chaque turbine, f) des moyens pour envoyer au moins une partie de l'air détendu dans au moins une des turbines à la colonne moyenne pression de la double ou triple colonne, g) un surpresseur froid, des moyens pour envoyer de l'air, de préférence soutiré à un point intermédiaire de la ligne d'échange principale au surpresseur froid et des moyens pour envoyer de l'air suφressé dans le surpresseur froid dans la ligne d'échange principale à un point intermédiaire en amont du point de soutirage, h) des moyens pour pressuriser au moins un liquide provenant d'une des colonnes, des moyens pour envoyer au moins un liquide pressurisé dans la ligne d'échange et des moyens pour sortir un liquide vaporisé de la ligne d'échange, i) le suφresseur froid est couplé à une des turbines, caractérisée en ce que la turbine non-couplée au surpresseur froid est couplée à un moyen de dissipation d'énergie comprenant un surpresseur suivi d'un réfrigérant. Selon d'autres aspects facultatifs, l'installation comprend - une colonne de mélange et des moyens pour envoyer de l'air à la colonne de mélange depuis au moins une des turbines, - des moyens pour envoyer une partie de l'air comprimé dans le suφresseur constituant le moyen de dissipation d'énergie ou faisant partie de celui-ci à au moins une turbine de détente en amont de la colonne de mélange, - des moyens pour envoyer de l'air provenant d'au moins une des turbines dans la colonne de mélange pour participer à l'échange de matière. - des moyens pour envoyer de l'air à la haute pression dans un rebouilleur de cuve de la colonne de mélange et des moyens pour envoyer de l'air au moins partiellement condensé dans ce rebouilleur de cuve à la double ou triple colonne. On utilisera une turbine complémentaire, fonctionnant en parallèle de la turbine du premier ensemble turbine suφresseur, et équipée de son propre système de dissipation d'énergie. Favorablement, ce système sera un surpresseur suivi d'un réfrigérant à eau installé en partie chaude. « Proches en termes de pression » veut dire que les pressions diffèrent d'au plus 5 bars, de préférence d'au plus 2 bars. « Proches en termes de température » véiït dire que les températures diffèrent d'au plus de 15°C, de" préférence au plus 10°C. Un surpresseur est un compresseur à un seul étage. Toutes les pressions mentionnées sont des pressions absolues. Le terme « condensation » comprend la pseudo condensation. Le terme « vaporisation » comprend la pseudo vaporisation. Cette invention se distingue de US-A- 5475 980 en ce sens que dans la
Figure 4 (turbine 9 optionnelle), les deux turbines 8, 32 aspirent à des pressions très différenciées, la différence étant d'au moins 14 bars et dans la Figure 5, la différence de pressions est d'environ 13 bars et une turbine échappe à la basse pression, ce qui est pénalisant pour de l'oxygène pur. L'invention sera décrite en plus de détails en se référant aux figures dans lesquelles : - Les Figures 1 et 2 représentent un appareil de séparation d'air selon l'invention. - Dans la Figure 1, un débit d'air à la pression atmosphérique est comprimé à environ 15 bars dans un compresseur principal (non-illustré). L'air est ensuite éventuellement refroidi, avant d'être épuré pour enlever les impuretés (non-illustré). L'air épuré est divisé en deux. Une partie de l'air 3 est envoyée à un surpresseur 5 où elle est comprimée jusqu'à une pression d'entre 17 et 20 bars et ensuite l'air surpressé est refroidi par un réfrigérant à l'eau 7 avant d'être envoyé au bout chaud de la ligne d'échange principal 9 de l'appareil de séparation d'air. L'air surpressé 11 se refroidit jusqu'à une température intermédiaire avant de sortir de la ligne d'échange et d'être divisé en deux fractions. Il est évidemment possible qu'une fraction du débit 11 poursuive son refroidissement jusqu'au bout froid de la ligne d'échange 9 d'où il sortira liquéfié. Une fraction 13 est envoyée dans une turbine 17 et le reste, une fraction 15 est envoyée dans une turbine 19. Les deux turbines ont la même température et pression d'aspiration et la même température et pression de sortie mais il est évidemment possible que ces températures et pression soient proches les unes des autres au lieu d'être identiques. Les deux débits turbines sont mélangés pour former un débit 21 d'air dont une partie 121 est envoyée vers la double colonne et le reste 122 vers la colonne de mélange 300. Le débit 1_!2 constitue une partie du débit 21 ou éventuellement une fraction de la partie gazeuse du débit 21 dans le cas où celui-ci est diphasique. Il est évidemment possible d'envoyer tout le débit 21 à la colonne moyenne pression 100 et d'en sortir une partie gazeuse 122 pour envoi à la colonne de mélange, la colonne moyenne pression remplaçant dans ce cas, le séparateur de phases. Les pressions de la colonne moyenne pression et de la colonne de mélange peuvent être différentes. En variante, la turbine 19 peut être une turbine d'insufflation débouchant à la pression de la colonne basse pression. Une autre partie 2 de l'air à 15 bars constituant le reste de l'air est refroidie dans la ligne d'échange à une température intermédiaire supérieure à la température d'aspiration des turbines 17, 19, comprimée dans un deuxième surpresseur 23 jusqu'à 30 bars environ et réintroduite dans la ligne d'échange 9 à une température plus élevée afin de poursuivre son refroidissement. Ainsi, l'air 37 à 30 bars environ se liquéfie dans la ligne d'échange et de l'oxygène liquide 25 se vaporise dans la ligne d'échange, la température de vaporisation du liquide étant proche de la température d'aspiration du deuxième suφresseur 23. L'air liquéfié sort de la ligne d'échange et est envoyé vers le système de colonnes. Un débit d'azote résiduaire 27 se réchauffe dans la ligne d'échange 9. Le premier suφresseur 5 est couplé avec l'une des turbines 17, 19 et le deuxième surpresseur 23 est couplé avec l'autre des turbines 19, 17. Le système de colonnes d'un appareil de séparation d'air est constitué par une colonne moyenne pression 100 thermiquement reliée avec une colonne basse pression 200 à minaret, une colonne de mélange 300 et une colonne argon optionnelle (non-illustrée). La colonne basse pression ne comporte pas obligatoirement de minaret La colonne moyenne pression opère à une pression de 5,5 bars mais peut opérer à une pression plus élevée. L'air 121 provenant des deux turbines 17, 19 est le débit envoyé en cuve de la colonne moyenne pression 100. L'air liquéfié 37 est détendu dans la vanne 39 ou éventuellement dans une turbine et envoyé au système de colonnes. Du liquide riche 51, du liquide pauvre inférieur 53 et du liquide pauvre supérieur 55 sont envoyés depuis la colonne moyéfiine pression 100 vers la colonne basse pression 200 après des étapes de détente dans des vannes et de sous-refroidissement. De l'oxygène liquide est pressurisé par la pompe 500 et envoyé comme liquide pressurisé 25 vers la ligne d'échange 9. D'autres liquides, pressurisés ou non, peuvent se vaporiser dans la ligne d'échange. De l'azote gazeux est optionnellemeπt soutiré de la colonne moyenne pression et se refroidit également dans la ligne d'échange 9. De l'azote 33 est soutiré en tête de la colonne basse pression et se réchauffe dans la ligne d'échange, après avoir servi à sous-refroidir les liquides de reflux. De l'azote résiduaire 27 est soutiré d'un niveau inférieur de la colonne basse pression et se réchauffe dans la ligne d'échange, après avoir servi à sous-refroidir les liquides de reflux. La colonne peut éventuellement produire de l'argon en traitant un débit 51 soutiré en colonne basse pression 200. Le débit 52 est le liquide de cuve renvoyé de la colonne argon, s'il y en a une. La colonne de mélange 300 est alimentée en tête par un liquide 35 riche en oxygène soutiré à un niveau intermédiaire de la colonne basse pression 200 pressurisé par la pompe 600 et en cuve par un débit d'air gazeux 122 provenant des turbines 17, 19. La colonne de mélange s'opère essentiellement à la moyenne pression. Un débit d'oxygène gazeux 37 est soutiré en tête de la colonne de mélange et se réchauffe ensuite dans la ligne d'échange 9 et un débit liquide 41 est soutiré en cuve et envoyé à la colonne basse pression après détente dans une vanne. Il est possible de soutirer un débit intermédiaire de la colonne 300 qui est envoyé à la colonne basse pression. Dans la Figure 2, un débit d'air à la pression atmosphérique est comprimé à environ 15 bars dans un compresseur principal (non-illustré). L'air est ensuite éventuellement refroidi, avant d'être épuré pour enlever les impuretés (non-illustré). L'air épuré est divisé en deux. Une partie de l'air 3 est envoyée à un surpresseur 5 où elle est comprimée jusqu'à une pression d'entre 17 et 20 bars et ensuite l'air surpressé est refroidi par un réfrigérant à l'eau 7 avant d'être envoyé au bout chaud de la ligne d'échange principal 9 de l'appareil de séparation d'air. L'air surpressé 11 se refroidit jusqu'à une température intermédiaire avant d'être divisé en deux fractions 103, 123. La fraction 103 sort de la ligne d'échange et est divisée de nouveau en deux fractions. Une fraction 13 est envoyée dans une turbine 17 et le reste, une fraction 15 est envoyée dans une turbine 19. Les deux turbines ont la même température et pression d'aspiration et la même température et pression de sortie mais il est évidemment possible que ces températures et pression soient proches les unes des autres au lieu d'être identiques. Les deux débits turbines sont mélangés pour former un débit 21 d'air dont une partie 121 est envoyée vers la double colonne et le reste 122 vers la colonne de mélange 300. En variante, la turbine 19 peut être une turbine d'insufflation débouchant à la pression de la colonne basse pression. La fraction 123 poursuit son refroidissement dans la ligne d'échange 9 et en sort en amont du bout froid pour être envoyé au rebouilleur de cuve 301 de la colonne de mélange 300 où la fraction se condense au moins partiellement pour former le débit 125. Une autre partie 2 de l'air à 15 bars constituant le reste de l'air est refroidie dans la ligne d'échange à une température intermédiaire supérieure à la température d'aspiration des turbines 17, 19, comprimée dans un deuxième surpresseur 23 jusqu'à 30 bars environ et réintroduite dans la ligne d'échange 9 à une température plus élevée afin de poursuivre son refroidissement. Ainsi, l'air 37 à 30 bars environ se liquéfie dans la ligne d'échange et de l'oxygène liquide 25 se vaporise dans la ligne d'échange, la température de vaporisation du liquide étant proche de la température d'aspiration du deuxième suφresseur 23. L'air liquéfié sort de la ligne d'échange et est envoyé vers le système de colonnes après être mélangé avec l'air liquéfié 125 provenant du rebouilleur 301. Un débit d'azote résiduaire 27 se réchauffe dans la ligne d'échange 9. Le premier suφresseur 5 est couplé avec l'une des turbines 17, 19 et le deuxième surpresseur 23 est couplé avec l'autre des turbines 19, 17. Le système de colonnes d'un appareil de séparation d'air est constitué par une colonne moyenne pression 100 thermiquement reliée avec une colonne basse pression 200 à minaret, une colonne de mélange 300 et une colonne argon optionnelle (non-illustrée). La colonne basse pression ne comporte pas obligatoirement de minaret. La colonne moyenne pression opère à une pression de 5,5 bars mais peut opérer à une pression plus élevée. L'air gazeux 121 provenant des deux turbines 17, 19 est le débit envoyé en cuve de la colonne moyenne pression 100. L'air liquéfié 37 est détendu dans la vanne 39 et envoyé au moins à la colonne moyenne pression 100. Du liquide riche 51, du liquide pauvre inférieur 53 et du liquide pauvre supérieur 55 sont envoyés depuis la colonne moyenne pression 100 vers la colonne basse pression 200 après des étapes de détente dans des vannes et de sous-refroidissemen De l'oxygène liquide est pressurisé par la pompe 500 et envoyé comme liquide pressurisé 25 vers la ligne d'échange 9. En addition ou alternativement d'autres liquides, pressurisés ou non, peuvent se vaporiser dans la ligne d'échange. De l'azote gazeux est optionnellement soutiré de la colonne moyenne pression et se refroidit également dans la ligne d'échange 9. De l'azote 33 est soutiré en tête de la colonne basse pression et se réchauffe dans la ligne d'échange, après avoir servi à sous-refroidir les liquides de reflux. De l'azote résiduaire 27 est soutiré d'un niveau inférieur de la colonne basse pression et se réchauffe dans la ligne d'échange, après avoir servi à sous-refroidir les liquides de reflux. La colonne peut éventuellement produire de l'argon en traitant un débit 51 soutiré en colonne basse pression 200. La colonne de mélange 300 est alimentée uniquement en tête par un liquide 35 riche en oxygène soutiré à un niveau intermédiaire de la colonne basse pression 200 et pressurisé dans la pompe 600. La colonne de mélange s'opère essentiellement à la moyenne pression. En modifiant la pression du débit 123, la colonne de mélange 300 peut opérer à une pression différente de la moyenne pression. Eventuellement une partie du liquide riche 51 peut être envoyée en cuve de la colonne 300. Un débit d'oxygène gazeux 37 est soutiré en tête de la colonne de mélange et se réchauffe dans la ligne d'échange 9 et un débit liquide 41 est soutiré en cuve et envoyé à la colonne basse pression après détente dans une vanne.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de séparation d'air par distillation cryogénique dans une installation comprenant une double ou triple colonne (100, 200) de séparation d'air, dont la colonne opérant à la pression la plus élevée (100) opère à une pression dite moyenne pression et une ligne d'échange (9) dans lequel : a) tout l'air est porté à une haute pression, éventuellement supérieure d'au moins 5 bars à la moyenne pression, et épuré, éventuellement à cette haute pression, b) une partie du débit d'air épuré est refroidie dans la ligne d'échange et est ensuite divisée en deux fractions, c) chaque fraction se détend dans une turbine (17, 19), d) la pression d'admission des deux turbines est (les pressions des deux turbines sont) supérieure d'au moins 5 bars à la moyenne pression, e) la pression de refoulement d'au moins une des deux turbines est sensiblement égale à la moyenne pression, f) on envoie au moins une partie de l'air détendu dans au moins une des turbines à la colonne moyenne pression d'une double ou triple colonne, g) un surpresseur froid (23) mécaniquement relié à une des turbines de détente aspire de l'air, qui a subi un refroidissement dans la ligne d'échange, et refoule l'air à une température supérieure à la température d'admission, et le fluide ainsi comprimé est réintroduit dans la ligne d'échange dans laquelle au moins une partie du fluide se (pseudo) condense, h) au moins un liquide pressurisé provenant d'une des colonnes est ( pseudo ) vaporisé dans la ligne d'échange à une température de vaporisation et caractérisé en ce que i) la turbine (17) non couplée au surpresseur froid est couplée à un surpresseur (5) suivi d'un réfrigérant et éventuellement ii) la température d'aspiration du surpresseur froid (23) est proche de la température de ( pseudo ) vaporisation du liquide.
2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel l'installation comprend, en plus de la double ou triple colonne, une colonne de mélange (300) et de l'air provenant d'au moins une des turbines (17, 19) est envoyé à la colonne de mélange, éventuellement après avoir transité par la colonne moyenne pression (100).
3. Procédé selon la revendication 2 dans lequel l'air envoyé à au moins une des turbines (17, 19) en amont de la colonne de mélange provient du suφresseur (5) autre que le suφresseur froid (23) et sort de ce surpresseur à une pression supérieure à la haute pression.
4. Procédé selon l'une des revendications 2 ou 3 dans lequel de l'air (13, 15) détendu dans au moins une des turbines (17, 19) est envoyé à la cuve de la colonne de mélange (300), pour y participer à l'échange de matière.
5. Procédé selon la revendication 1 dans lequel de l'air (123) à au moins la haute pression est envoyé à un rebouilleur de cuve (301) de la colonne de mélange (300) où il se condense au moins partiellement avant d'être envoyé à la double ou triple colonne.
6. Installation de séparation d'air par distillation cryogénique comprenant :
^ a) une double ou triple colonne (100, 200) de séparation d'air, dont la colonne (100) opérant à la pression la plus élevée opère à une pression dite moyenne pression, b) une ligne d'échange (9), c) des moyens pour porter tout l'air à une haute pression plus élevée que la moyenne pression et des moyens pour l'épurer, éventuellement à cette haute pression, d) des moyens pour envoyer une partie du débit d'air épuré dans la ligne d'échange pour le refroidir et des moyens pour diviser cet air refroidi en deux fractions, e) deux turbines (17, 19) et des moyens pour envoyer une fraction d'air à chaque turbine, f) des moyens pour envoyer au moins une partie de l'air détendu dans au moins une des turbines à la colonne moyenne pression de la double ou triple colonne, g) un surpresseur froid (23), des moyens pour envoyer de l'air, de préférence soutiré à un point intermédiaire de la ligne d'échange principale au surpresseur froid et des moyens pour envoyer de l'air suφressé dans le surpresseur froid dans la ligne d'échange à un point intermédiaire en amont du point de soutirage, h) des moyens (500) pour pressuriser au moins un liquide provenant d'une des colonnes, des moyens pour envoyer l'au moins un liquide pressurisé dans la ligne d'échange et des moyens pour sortir un liquide vaporisé de la ligne d'échange, i) le suφresseur froid est couplé à une des turbines (19), caractérisée en ce que la turbine non-couplée (17) au suφresseur froid est couplée à un suφresseur (5) suivi d'un réfrigérant 7. Installation selon la revendication 6 comprenant une colonne de mélange et des moyens pour envoyer de l'air à la colonne de mélange depuis au moins une des turbines (17, 19). 8. Installation selon la revendication 7 comprenant des moyens pour envoyer une partie de l'air comprimé dans le surpresseur (5) constituant le moyen de dissipation d'énergie ou faisant partie de celui-ci à au moins une turbine de détente (17, 19) en amont de la colonne de mélange. 9. Installation selon une des revendications 7 ou 8 comprenant des moyens pour envoyer de l'air provenant d'au moins une des turbines (1 7, 19) dans la colonne de mélange pour y participer à l'échange de matière. 10. Installation selon la revendication 6 comprenant des moyens pour envoyer de l'air (123) à au moins la haute pression dans un rebouilleur de cuve (301 ) de la colonne de mélange (300) et des moyens pour envoyer de l'air au moins partiellement condensé dans ce rebouilleur de cuve à la double ou triple colonne.
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